宮英傑樊松林趙俊峰孫亞珍
天津大港油田鑽採院材料所
摘要：大港油田側鑽井固井具有小井眼、小間隙以及部分井低壓易漏失的特點，為確保封固質量，進行了固井水泥漿技術研究。在提高水泥漿防竄、流變性等綜合工程效能的基礎上，採用具有提高水泥石韌性、抗衝擊能力和防漏失能力的增韌防漏水泥漿體系，重點解決上述技術難題。
現場施工43口井，固井質量合格率100％，固井質量得到明顯提高。證實了通過新增特種外加劑改善水泥漿體系的相關效能提高固井質量是一條有效的途徑。
關鍵詞：側鑽井固井水泥漿綜合工程效能增韌防漏
前言小井眼開窗側鑽技術作為有效開發老井油氣資源的新技術新工藝，有著廣闊的應用前景。但小井眼開窗側鑽井本身的特點，尤其是ф139.7mm套管開窗，ф101.
6mm尾管懸掛固井完井給固井帶來了一定的難度。其中水泥漿作為固井核心技術之一，對其穩定性、流動性等綜合工程效能提出了較高的要求。另外，水泥基材料存在脆性大、韌性差的固有缺陷：
①抗拉強度低，只是抗壓強度的1/7～1/12；②抗破裂性差，極限延伸率只有0.02％～0.06%；③抗衝擊強度低，斷裂功為20j/ｍ2～80j/ｍ2。
水泥環因完井（射孔）及開發過程中（酸化、壓裂等）強外力作業受損傷而不能保證有效封隔地層的完整性，而小井眼、小間隙下相對薄弱的水泥環的這種可能性會更大。
大港油田低壓易漏區塊較多，水泥漿低返會嚴重影響固井質量。低密度水泥漿體系作為常規的技術措施，其水泥石強度偏低、穩定性較差等缺點影響了推廣應用。
在確保水泥漿綜合工程效能的基礎上，採用具有提高水泥石韌性和水泥漿防漏能力的水泥漿技術，無疑是提高固井質量的有效技術措施，技術核心即油井水泥纖維特種外加劑。
1 強外力對水泥石的損傷和油井水泥纖維特種外加劑
射孔作業中，瞬間產生的高溫、高壓聚能射流將作用到由套管、水泥環、岩體構成的複合體上，可產生高達3000mpa～4000mpa的衝擊壓力。由於應力波的作用，在水泥環內的區域性區域會形成拉伸的高應力區，產生巨集觀裂紋，影響固井質量和後續的採油作業。國內各油田均有相當數量的套損井，而已經證實存在射孔前聲幅測井質量為優或合格而射孔後聲幅測井質量不合格的情況。
調查結果表明：①固井質量、射孔作業和後續增產措施是造成水泥環微間隙或水泥環損壞的主要因素之一；②射孔時固井***的井，套管損壞少，固井質量差則套管損壞多；③據對15處高強度套管損壞點分析，發現73.0%的高強度套管損壞點附近水泥環膠結不良。
研究認為，纖維增強是提高水泥石韌性的有效途徑，可以很好地解決水泥石脆性大，抗衝擊效能差的問題。油井水泥纖維外加劑由不同尺寸、形狀的有機纖維和無機纖維組成，表面經技術處理提高了親水性能，在起到增韌作用的同時，克服了一般纖維會影響水泥漿流動性能的難題，從而得以應用於固井水泥漿。
油井水泥石的乙個顯著特點是基體內部存在許多初始微裂紋和微孔隙，當基體受衝擊力作用時微裂紋和微孔隙迅速發展，形成巨集觀裂紋（裂縫）。使用纖維材料之所以能得到強度、韌性的提高，其原因主要是由於纖維有效地阻滯了基體裂紋擴充套件。當纖維水泥受到很大的衝擊載荷時，水泥基體破碎，但亂向分布的纖維將破碎的水泥基體束縛在一起，從而仍保持完整的結構，這就是油井水泥纖維特種外加劑在聚能射流作用下能防止水泥環開裂的原因所在。
2 體系效能評價
2.1實驗材料
四川嘉華g級高抗硫油井水泥、油井水泥纖維特種外加劑和降失水劑、分散劑、緩凝劑及消泡劑。其中纖維加量為2％。
2.2實驗方法
水泥漿密度、失水量、游離液及流變性等測定按照api規範10操作。
抗折強度：將配好的漿體倒入1cm×1cm×6cm的模型中，置於50℃（80℃）水浴中養護24h和48h後脫模，在冷水中冷卻至室溫，然後利用kzy—30型電動抗折儀測試抗折強度。
抗衝擊功強度：將配好的漿體倒入1cm×1cm×6cm的模型中，置於50℃（80℃）水浴中養護24h、48h和7天後脫模，在冷水中冷卻至室溫，然後利用xcj—40型衝擊試驗機測試淨漿水泥石和試樣漿水泥石的衝擊功。
2.3測試結果
2.3.1體系工程效能
水泥漿的稠化效能、濾失量、流變性及析水率是非常重要的技術指標，與油氣井固井作業的安全及封固質量密切相關。纖維特種外加劑具有較好的配伍性，與常用水泥漿外加劑配製成纖維水泥漿體系的工程效能見表1。
表1 增韌防漏水泥漿體系固井工程效能
體系的稠化效能見圖1。
圖1 增韌防漏水泥漿體系稠化曲線
2.3.2抗折強度
增韌防漏水泥漿體系水泥石抗折強度（增量）測試資料見表2。
表2 增韌防漏水泥漿體系水泥石抗折強度增量
2.3.3抗衝擊功
增韌防漏水泥漿體系水泥石抗衝擊功（增量）測試資料見表3。
表3 增韌防漏水泥漿體系水泥石試樣的衝擊功增量
2.3.4小結
經實驗評價，纖維特種外加劑可與常用外加劑友好配伍，增韌防漏水泥漿體系的韌性（抗折強度和抗衝擊能力）較淨漿有較大幅度的提高，克服了水泥基材料自身的缺陷，應用於小井眼、小間隙側鑽井固井具有極好的針對性。
3 現場應用
經室內研究和評價後，增韌防漏水泥漿體系先後應用於官962-6k、港261k、烏19-8k、港5-57k、西新5-12k等40餘口井，固井成功率100％,固井質量合格率100％。下面以官962-6k井為例說明。
官962-6k側鑽井固井。該井是低壓小井眼、小間隙固井。井深1830m，井底壓力係數0.
56，1.10g/cm3～1.15g/cm3鑽井液鑽井過程漏失嚴重，ф121mm井眼下ф101.
6mm尾管，環空間隙太小，迴圈摩阻高。考慮固井質量與使用壽命，未採用低密度水泥漿體系，二是選用了增韌防漏水泥漿體系，纖維外加劑摻量2％，水泥漿密度1.85g/cm3，綜合工程效能良好。
整個施工過程順利，48h聲變測井固井質量優質。
4 結論
（1）增韌防漏水泥漿體系綜合工程效能優良：失水，流變性、穩定性、稠化效能好，抗壓強度無損失。
（2）纖維特種外加劑親水，配伍性好，通過改善水泥基材料的微觀結構提高體系的抗折強度（比較淨漿）15％以上，提高體系的抗衝擊功20％以上。
（3）體系通過40餘口小井眼、小間隙側鑽井，特別是官962-6k、港5-57k等低壓易漏失井的成功應用，證實了增韌防漏水泥漿體系的優良效能，為提高小井眼、小間隙和低壓易漏側鑽井固井質量提供了新的技術保證。
參考文獻：
1、何生輝等，鑽井工程技術（下），石油工業出版社，1999.8
2、姚洪田，套管損壞原因與修井效果，大慶石油地質開發，2001，20（1）
3、劉大為，現代固井技術，遼寧科學技術出版社，1994.2
4、萬發明，小井眼最佳環空結構及水泥漿效能的確定，大慶鑽井技術，1999，22（3）
作者簡介：宮英傑，工程師，2023年畢業於石油大學（華東）應用化學專業，現從事固井水泥漿與外加劑的研究及應用工作。位址：
天津市大港油田鑽採工藝研究院材料所；郵政編碼300280；**022－25939741。
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